橋梁高性能混凝土配合比設計及應用淺談

王林輝

摘要：在各種橋梁建設過程中，高性能混凝土發揮了至關重要的作用，對于橋梁的性能和質量有重要的影響。但是高性能混凝土有著非常復雜的成分配合比，并且無法以統一標準來保證其配合比性能，所以在實際應用中有很高的復雜度。本文就是針對橋梁高性能混凝土配合比設計及應用展開探討，對其配合比原則、配置指標、影響因素、配合比參數等展開綜合分析，希望能夠對工程實踐中的高性能混凝土配合比設計提供一定的參考和借鑒價值。

Abstract： In the construction of various bridges， high performance concrete has played a vital role， and it has an important impact on the performance and quality of the bridge. However， high performance concrete has a very complex composition ratio， and it cannot be guaranteed by a unified standard， so it has a high complexity in practical applications. This article is to discuss the design and application of the high performance concrete mix ratio of the bridge， and conduct a comprehensive analysis of the mix ratio principles， configuration indicators， influencing factors， mix ratio parameters， etc.， hoping to provide reference for the high performance concrete mix design in engineering practice.

關鍵詞：橋梁;高性能混凝土;配合比;設計

Key words： bridge;high performance concrete;mix ratio;design

中圖分類號：U444? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0111-02

0? 引言

在現代橋梁施工中，高性能混凝土（HPC）具有至關重要的作用，這是一種基于更科學、更先進的混凝土配置技術所制成的混凝土材料，與普通混凝土相比，其性能有非常顯著的提升。對于高性能混凝土，耐久性是其最重要的性能，也是設計過程中最主要的參考指標;然后基于不同的用途，在耐久性水平的基礎上選擇下面的某些特性，諸如強度、經濟性、實用性穩定性等等，以獲得符合目標需求的高性能混凝土。高性能混凝土在配置過程中，都具有以下特征：水膠比低、原料優質、摻合料足夠、外加劑高效。設計科學合理的高性能混凝土配合比，對于橋梁建設具有至關重要的意義。

1? 高性能混凝土配合比設計原則

在工程實踐中，高性能混凝土配合比設計是一件非常復雜的工作;需要具有豐富的施工經驗，同時還需要結合多次試驗才能夠掌握配合比方法。就高性能混凝土發展應用至今，人們發現，高性能混凝土配合比設計必須要建立在如下原則上，才能夠得出更加優化的配合比。如下為配合比設計的基本原則：

①水膠比原則。對于混凝土來說，可塑狀態下的水膠比的作用非常重要，不但能夠直接決定混凝土的最終強度，對于硬化后混凝土的耐久度同樣有很大的影響。水膠比越大，則混凝土的強度就會越小，二者是反比的關系[1]。在設計中，一旦水膠比確定，便不能再隨意對其發生改動。

②密實體積原則。在混凝土的配置過程中，就是首先以石子作為骨架，然后在以砂子來填充石子之間的縫隙，再如澆漿體（一方面用來填充石砂間縫隙，另一方面用來將石砂包裹起來），從而確保調制完成的混凝土的流動性滿足施工要求。處于可塑狀態的混凝土，其總體積是石、砂、水泥以及水所有的總體積。密實體積在混凝土配置的過程中是非常重要的基礎指標。

③用水最少原則。在確定了水膠比、原材料的前提下，在用水量的設計上，應當本著滿足工作性能要求的基礎上的最少用水，這樣可以盡可能的得到具有穩定體積，且成本方面頗具優勢的混凝土。

④最小水泥用量原則。在確保混凝土性能的前提下，降低充當膠凝材料的水泥用量，一方面能夠有效控制混凝土的溫升效果，另一方面能夠有效強化混凝土在使用過程中的抗腐蝕能力。

2? 高性能混凝土配置指標與影響因素

2.1 耐久性? 前文中我們已經指出過，在設計高性能混凝土配合比的過程中，耐久度是所有因素中必須要給與首先考慮的最重要的指標;事實上，這也是高性能混凝土與普通混凝土最大的差異。耐久度性能，不僅僅體現耐久度自身，更影響著混凝土的體積穩定性、抗滲性、抗凍性、抗腐蝕、抗碳化等多種性能。就工程實踐中水泥投入使用的變化情況來看，造成混凝土性能損失，進而影響其壽命的主要原因就是其中的堿性物質，與周圍環境，主要是空氣與水中的CO2作用所引發的[2]。因此，提升其抗滲性，對于保證混凝土耐久性有非常重要的意義，因為這樣可以最大程度的阻止混凝土內部發生鋼筋銹蝕。

2.2 強度? 在橋梁施工中，強度等級是非常重要的工程指標，所以對于混凝土的強度指標也有很高的要求。一般來說，影響高性能混凝土強度的因數，主要有以下兩個：一個是礦物摻合料摻量，另一個是混凝土水膠比。根據施工經驗來看，C50強度的橋梁，使用的高性能混凝土水膠比通常在0.33-0.37這一范圍[3];如果用于高于C50強度的橋梁，則水膠比應當比這一范圍更低，會在0.33以下，具體的數據需要通過試驗來計算確定。

2.3 工作性? 高性能混凝土的工作性能，對于施工過程中的施工質量有重要影響;所以說如果其工作性不佳，那么對于施工完成以后的硬化混凝土的質量影響遠超強度指標。對于高性能混凝土的工作性能，主要考慮的是在拌和完成以后的拌合料，是否具有離析、泌水現象，是否具有優良的可泵性和穩定性，混凝土的坍落度是否合格，流動性是否滿足施工要求等等。對于高性能混凝土工作性能的影響，無論是其中的外加劑類型與用量、水泥砂漿占比等等都同樣如此。

3? 高性能混凝土配置技術途徑與配合比參數

3.1 配置技術途徑? 首先，合理使用礦物摻合料。在高性能混凝土中，加入適量的有SiO2活性成分的礦物摻合料，能夠讓混凝土的孔隙結構有非常顯著的優化，減少混凝土內部由于受到溫差影響而出現裂縫的可能性，從而有效提升抗滲性。因為在這些礦物摻合料中，諸如優質粉煤灰、硅粉等等，均有SiO2;這樣當混凝土中的水泥、有SiO2進入以后，就會出現下面的反應。

XCa（OH）2+SiQ2+MH2O=XCaOSiO2·mH2O

其次，合理使用高效減水劑。前面我們已經談到了，要提升混凝土的強度，就必須要降低水膠比;所以可以通過加入適量高效減水劑的方法來實現。高效減水劑加入混凝土以后，其表面活性基因能夠使得混凝土凝膠顆粒產生負電荷，這樣電荷之間在同性相斥的作用下會產生分散效應，這對于高性能混凝土來說表現出來的就是優質的流動性[4]。

3.2 配比設計步驟? ①預估所需水量。根據要調制的高性能混凝土的強度等級，粗集料公稱最大粒徑、混凝土坍落度等資料，對拌和所需水量作出科學預估。②計算漿體體積。前面我們已經介紹過，漿體體積就是拌和料中水、水泥、粉煤灰等凝膠材料的總體積;漿液的主要目的就是用來填充各種集料之間的縫隙，所以體積計算通常依據集料的孔隙率實施計算，通常孔隙率都在0.35-0.42之間。計算中通常使用較小體積，這樣可以有效降低漿集比。得到漿體體積以后，減去水的體積，就是水泥、粉煤灰等凝膠材料的總體積。③集料用量計算。首先依據集料的體積、表現密度、砂率三項基礎數據，得出砂與碎石質量;然后再以強度等級、用水量、外加劑等材料用量，針對集料中的粗細集料配比實施相應的調整。④計算混凝土具體材料用量。根據集料的密度、凝膠材料密度以及各種材料的體積，通過計算得出各種材料的需求質量。⑤試配與調整。針對上面計算所得出的各種數據，通過現場試驗配置并作出適當的調整。⑥現場與試驗室論證。由于不同供應商、不同地域的材料，彼此之間存在差異，所以必須經過最后的論證才能確定最佳比。

3.3 配合比參數? 首先，確定水膠比。地水膠比，是高性能混凝土的重要特征;一般情況下，水膠比越低，則高性能混凝土的強度越高，二者之間有著非常明顯的反比關系。所以水膠比的確定非常重要。如表1所示為水膠比推薦配置。

其次，確定漿集比。這里所說的漿集比是，水泥漿與集料的體積比。有研究表明，漿集比處于35：65時的高性能混凝土的強度、穩定性、工作性都能夠得到很好的滿足[5]。當然，在實際使用的過程中，還需要要基于混凝土的強度等級做出調整，強度要求越低，則膠凝材料用料也相應的減少。

再次，確定砂率。一般來說，混凝土的砂率越大，則其站粘性越強，但同時其彈性模量會變低。所以在實際確定砂率的過程中，必須要基于集料級配等級、泵送要求、膠凝材料等實施全面的分析，進而得出最佳的砂率。如表2為高性能混凝土砂率參考表。

最后，確定減水劑用量。減水劑的實際用量，通常需要在實際工程中基于坍落度要求來確定。一般情況下，其用量控制在1-2%之間最為合理。

4? 在橋梁中的應用

在十巫高速2標工程項目，將HPC應用在預制后張T型梁中;總量為3461片，現已完成1500片，單片體積約為53m3。在實際施工中，澆注作業非常順利，澆注時間在3h到3.5h之間。澆筑完成拆模，整體狀況良好，平整度、均勻度均符合要求，且無裂縫、泌水、蜂窩麻面等等;但是在馬蹄部位有少量氣泡，下翼緣有輕微的水紋。

事實上，在實際工程施工中，盡管各種原料的質量檢測均符合相關要求，但是不同原料之間還是會存在一些差異，所以對混凝土性能有一定影響。其中最重要的是水泥的 C3A 含量、比表面積以及石膏質量，微小的變化也可能造成砼性能影響。因此需要在實際施工中展開相應調整。

5? 小結

綜上所述，高性能混凝土在橋梁施工中已經有較長的應用歷史，其應用效果已經充分得到了體現，對于橋梁的質量有重要的意義。但是，其配合比迄今為止還缺乏統一標準，在實際使用時，依然需要高度重視其配合比的設計，從而更有效的保障高性能混凝土的性能，從而更好的滿足施工需求。

參考文獻：

[1]閆永杰.橋梁高性能混凝土配合比設計及應用淺談[J].江西建材，2017（03）：187，189.

[2]夏萬武.橋梁高性能混凝土配合比設計的相關研究[J].建材與裝飾，2016（49）：243-244.

[3]周榮貴.鐵路橋梁高性能混凝土配合比設計參數研究[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2017（09）：191-193.

[4]邵萌生，李春暉.橋梁高性能混凝土配合比設計及應用淺談[J].四川水泥，2018（04）：48.